Bijlage 1: Theorie
Bijlage 2: Informatie PV-panelen
Bijlage 3: Kwaliteitsverklaringen installatie
Bijlage 4: Berekening energiekosten
Bijlage 5: Berekening huurkosten
Bijlage 7: Tabellen analyse uitkomsten TCO-model
Bijlagen 1: Theorie installaties
1.1 Verwarming
Zoals afgesproken in de hoofdstukken doelformulering en afbakening & uitgangspunten zullen in deze scriptie vijf installatieconcepten centraal staan met ieder een eigen hoofdinstallatie die geheel zelfstandig zal zorgen voor zowel de verarming van de woning als van het tapwater. Hieronder vindt u een korte omschrijving van de vijf installaties.
HR-ketel
Algemeen
Een hoogrendementsketel, ook wel HR-ketel genoemd, is een verwarmingsketel op aardgas die ten opzichte van een conventionele gasketel, beter bekend als de centrale verwarmingsketel of CV-ketel, een hoger rendement heeft. Dit komt doordat een HR-ketel gebruik maakt van de warmte van de verbrandingsgassen die bij andere ketels via de afvoer verloren gaat.
In “Figuur 47: Werking CV-ketel” valt op te maken hoe een centrale verwarmingsketel oftewel het basisprincipe van de HR-ketel werkt. In de warmtewisselaar wordt water in een gesloten systeem verwarmd door een aardgasbrander. Het verwarmde water wordt vervolgens door een pomp door de leidingen naar het afgiftesysteem geleid, in dit geval radiatoren. Door de pomp komt het afgekoelde water uit de waterleidingen weer bij de CV-installatie terecht waar het weer op temperatuur wordt gebracht.
Rendement
Op de markt zijn verschillende CV- en HR-ketels beschikbaar. In dit verslag zal de HR 107 ketel centraal staan, een ketel met een rendement van 107% volgens de Europese richtlijn. Echter als de verliezen door de afvoer van verbrandingsgassen wel wordt meegerekend zou de HR-ketel op een rendement van minimaal 96% uitkomen.1/2/3
1
Milieu Centraal (z.d.). HR-ketel. “www.milieucentraal.nl”. URL bezocht op 9 januari 2011
2 Vaillant (z.d.). “www.vaillant.nl”. URL bezocht op 9 januari 2011
3 Intergas (z.d.). “www.intergas-verwarming.nl”. URL bezocht op 9 januari 2011
HRe-ketel
Algemeen
Een HRe-ketel, ook wel een Micro Warmtekrachtkoppeling of Micro-WKK genoemd, is een kleine energiecentrale in huis. De werking van de HRe-ketel is te vergelijken met de werking van de HR-ketel. Het enige grote verschil is dat de HRe-ketel, naast het leveren van warmte en warm water, ook elektriciteit produceert. Op deze manier wordt het verbruikte gas veel efficiënter benut en is een fors hoger rendement mogelijk. Naast het positieve effect op de maandelijkse energienota zorgt een HRe-ketel ook voor een aanzienlijke vermindering van de CO2-uitstoot.
Er kan onderscheid worden gemaakt tussen twee verschillende soorten HRe-ketels. Degene met de brandstofcel als basis of de meest bekende op basis van een Stirlingmotor. In deze scriptie staat de HRe-ketel op basis van de stirlingmotor centraal.
De overeenkomsten tussen de HR-ketel en de HRe-ketel zijn groot, het enige verschil is dat de HRe-ketel naast de standaard onderdelen ook over een kleine Stirlingmotor beschikt. Deze motor drijft een dynamo aan die elektriciteit opwekt. De warmte die vrijkomt bij de productie van elektra wordt, door een tweede warmtewisselaar opgeslagen in een boiler of direct gebruikt voor het verwarmen van warm tapwater of de centrale verwarming.
Rendement
Een HRe-ketel verbruikt in verhouding tot een standaard HR-ketel meer aardgas aangezien de productie van elektriciteit ook energie vergt. Dit weegt in sommige gevallen niet op tegen de besparing die men realiseert door de productie van elektra.
De HRe-ketel is niet voor elk huishouden geschikt. De voordelen van de ketel komen pas naar voren als er minimaal 2000m3 gas wordt verbruikt. Een huishouden dat minder gas verstookt wekt met zijn HRe-ketel te weinig elektriciteit op om het prijsverschil met de HR-ketel te rechtvaardigen.1
Warmtepomp
Algemeen
Een warmtepomp is eigenlijk een omgekeerde koelkast. Waar de koelkast de warmte onttrekt aan levensmiddelen en vervolgens via de lamellen afgeeft aan de achterkant van de koelkast, onttrekt de warmtepomp warmte aan ons milieu (lucht, bodem of water) om vervolgens af te geven aan het verwarmingssysteem.
Met de warmtepomp is het mogelijk laagwaardige warmte op een bruikbaar temperatuurniveau te brengen. Hierdoor is het mogelijk om warmte te produceren met een hoog rendement wat wordt beschouwd als duurzame warmte.
Het toepassen van de warmtepomp heeft de volgende positieve aspecten:
1. De energiekosten zijn lager dan bij een conventionele verwarming met verwarmingsketels,
2. De warmtepomp zorgt voor een verlaging van de EPC ten opzichte van conventionele verwarming,
3. De meerkosten voor de installatie worden veelal binnen de levensduur van de installatie terug verdiend door de lagere energiekosten,
4. Een warmtepomp kan naast het verwarmen ook worden gebruikt om een ruimte te koelen.
Binnen een project kan de warmtepomp voor meerdere doeleinden worden ingezet zoals het verwarmen en koelen van een ruimte, het verwarmen van warm tapwater of een combinatie van beide.
De werking
De warmtepomp is in staat om zonder verbranding warmte op te wekken. De warmtepomp is een machine waarin een speciaal koudemiddel een kringloop volgt waarbij de toestand van vloeibaar naar gasvormig, of omgekeerd, veranderd waardoor het warmte op kan nemen uit de bron of kan afstaan aan de verwarmingsinstallatie.
De warmtepomp kan, zoals te zien in “Figuur 48: Werking van de warmtepomp”, worden opgedeeld in 4 componenten met ieder een eigen proces:
1. De verdamper, 2. De compressor, 3. De condensor, 4. Het expansieventiel.
De verdamper
Het proces van energie opnemen uit een bron begint
altijd in de verdamper waar de inhoud van de bron langs een warmtewisselaar wordt geleid. In de verdamper wordt de warmte uit de bron gehaald en afgegeven aan het vloeibaar koudemiddel met lage temperatuur, waarna het vloeibaar koudemiddel de verdamper verwarmd en gasvormig verlaat om door te stromen naar de compressor.
De compressor
Het gasvormig koudemiddel wordt aangezogen door de compressor. Hier wordt het, door toevoeging van energie, gecomprimeerd waarbij de druk wordt verhoogd. Door de verhoogde druk stijgt tevens de temperatuur van het koudemiddel. Het verwarmd koudemiddel wordt nu richting de condensor geleid.
De condensor
Aangekomen in de condensor wordt het gecomprimeerd gasvormig koudemiddel door een tweede warmtewisselaar geleid die de warmte opneemt uit het koudemiddel en afstaat aan het Lage Temperatuur Verwarmingssysteem (LTV). Doordat het koudemiddel warmte afgeeft aan het afgiftesysteem daalt de temperatuur en wordt het opnieuw vloeibaar.
Het expansieventiel
Het vloeibaar koudemiddel stroomt vervolgens naar het expansieventiel waar de druk van het medium wordt gereduceerd met een temperatuurdaling van het koudemiddel als gevolg. Het koudemiddel verlaat het expansieventiel met een temperatuur die onder de temperatuur van de warmtebron ligt, waarna de cyclus weer van voor af aan kan beginnen.
Rendement
Het rendement van een installatie beschrijft de verhouding van het beschikbare vermogen tot het opgenomen vermogen. Bij ideale processen is het rendement één, echter zijn aan technische processen altijd verliezen gekoppeld en is het rendement dus altijd lager.
Zoals hiervoor behandeld wordt een groot deel van de energie bij warmtepompen ontrokken aan het milieu. Dit gedeelte wordt echter niet als aangewende energie beschouwd aangezien deze kosteloos ter beschikking staat, waardoor het rendement dus groter is dan 1, wat technisch niet mogelijk is. Vandaar dat ervoor is gekozen om bij warmtepompen het rendement uit te drukken in een Coëfficiënt of Performance, beter bekend als COP. De COP van elektrische warmtepompen ligt vaak tussen de 3 en 6 en wordt onder andere beïnvloed door de praktische keuze van de warmtebron en het warmte-afgiftesysteem. Het beste Figuur 48: Werking van de warmtepomp
rendement ontstaat bij hoge temperaturen van de warmtebron en lage aanvoertemperaturen in het warmte-afgiftesysteem
Zoals hierboven gezegd ligt het rendement van een elektrische warmtepomp tussen de 3 en 6. Echter wordt er bij de berekening geen rekening gehouden met het opwekkingsrendement van de elektriciteitscentrales. Wanneer wordt besloten om dit wel mee te rekenen in het rendement van een warmtepomp dan komt men na reductie uit op een rendement tussen de 120 en 200%.
Bij gasgestookte warmtepompen ligt het rendement tussen de 120 en 140%. Dat is vergelijkbaar met een elektrische warmtepomp met een COP van 3 tot 3,5. Het rendement van de gasgestookte warmtepompen ligt dus 10 tot 30% boven dat van de beste HR-ketels. In “Figuur 49: Benodigd primair energieverbruik centrale verwarming” en “Figuur 50: Benodigd primair energieverbruik warmtepomp” wordt aangegeven hoeveel primaire energie in een proces moet worden gestoken om ervoor te zorgen dat er 100% nuttige energie vrij komt voor het verwarmingssysteem. Hieruit valt op te maken dat verwarming middels een warmtepomp twee maal zo efficiënt is als verwarming op basis van oliegestookte centrale verwarming.
Type warmtepompen
De beschikbare type warmtepompen variëren van elkaar qua bron en afgiftesysteem. Deze keuzes leiden tot vier verschillende typen warmtepompen:
1. Water-water warmtepomp,
2. Brine-water warmtepomp (grond-water warmtepomp), 3. Lucht-lucht warmtepomp, en
4. Lucht-water warmtepomp.
Water-water warmtepomp
Deze warmtepomp haalt de warmte uit opgepompt grondwater ofwel een open bron. Vervolgens wordt er middels de warmtepomp energie gewonnen uit het water en afgegeven aan een afgiftesysteem op water, bijvoorbeeld een Lage Temperatuur Verwarming.
Figuur 50: Benodigd primair energieverbruik warmtepomp
Figuur 49: Benodigd primair energieverbruik centrale verwarming
Brine-water warmtepomp
De grond-water warmtepomp ontrekt warmte uit de bodem middels een bodemwarmtewisselaar, ook wel een gesloten systeem genoemd. In een ondergrond netwerk van buizen wordt een vorstvrij mengsel van water met glycol rondgepompt. Dit mengsel neemt de aanwezige warmte uit de bodem op om het vervolgens via de warmtepomp af te geven aan het verwarmingsstelsel in de woning, het appartement of utiliteitsbouwwerk.
Lucht-lucht warmtepomp
Dit type warmtepomp staat beter bekend als airconditioning. Het systeem onttrekt zijn energie aan de buitenlucht of ventilatielucht en blaast vervolgens verwarmde lucht de ruimtes in.
Lucht-water warmtepomp
Deze warmtepomp brengt de warmte, ontrokken aan de buitenlucht of ventilatielucht, naar een afgiftesysteem gebaseerd op water. De warmte kan benut worden voor verwarmingsdoeleinden en de productie van warm water.
Bedrijfsmodus
Er valt onderscheid te maken tussen drie verschillende bedrijfsmodi: 1. Monovalent
2. Bivalent
3. Mono-energetisch
Bij een monovalente bedrijfsmodus dekt de warmtepomp de gehele warmtebehoefte van het gebouw alleen. Zelfs bij de laagste buitentemperaturen is de warmtebron in staat voldoende energie te leveren.
De mono-energetische bedrijfswijze volgt hetzelfde principe als de bivalente bedrijfsmodus. De warmtepomp zal niet in de gehele vraag voorzien, maar op zeer koude dagen ondersteunt een elektrisch verwarmingselement, gesitueerd in het buffervat of de warmtepomp zelf, de warmtepomp. Bij deze opstelling verzorgd de warmtepomp meer dan 95% van de verwarmingsenergie per jaar.
In de bivalente bedrijfsmodus is er naast de warmtepomp een tweede warmteopwekker die bij lagere buitentemperaturen de verwarming van het gebouw ondersteunt. Aan de bivalente bedrijfsmodus wordt de voorkeur gegeven bij renovatie van bestaande gebouwen, aangezien de reeds aanwezige verwarmingsketel goed als aanvulling van de warmtepomp gebruikt kan worden.
Zoals in de afbakening afgesproken zal de monovalente bedrijfsmodus in dit onderzoek centraal staan. Er zal dus geen gebruik worden gemaakt van en een warmtepomp en een HR- ketel. Wel zal de optie bestaan om een zonneboiler toe te passen die zowel voor de verwarming van warm tapwater als voor de voorverwarming van ruimteverwarming wordt gebruikt.1/2/3
1.2 Warm tapwater
Buffervat
Een aantal van de in de hiervoor genoemde installaties, lees warmtepompen, zijn niet in staat om snel warm water te kunnen leveren voor bijvoorbeeld de badkamer of keuken. Om toch in deze vraag te kunnen voorzien wordt een buffervat geïnstalleerd. Een warmtepomp gecombineerd met een buffervat is in staat om water op constante temperatuur te houden.
1
Vaillant (z.d.). Vaillant VWS. “www.vaillant.nl”. URL bezocht op 9 januari 2011
2 Nefit (z.d.). Nefit Auris. “www.nefit.nl” URL bezocht op 9 januari 2011
Bijlagen §1.2.2 Warmte Terug Winning (WTW) op warm water leidingen
Middels Warmte Terug Winning kan energie worden bespaard. Aangezien de douche de grootste waterverbruiker is in huis, en ongeveer 40% van de energierekening voor warm tapwater voor zijn rekening neemt, kan hier een aanzienlijke besparing plaatsvinden. Door het plaatsen van een douche met een Warmte Terug Winning systeem (douche WTW) kan warmte uit wegstromend douchewater koud water voorverwarmen. Het principe werkt hetzelfde als dat van een warmtewisselaar; door koud water langs warmer water te leiden, warmt het koude water op.
Er zijn twee verschillende soorten producten op de markt: de douchebak WTW of de douchepijp WTW. De douchebak WTW is geschikt voor een douche op de beganegrond of in een appartement. Het warme wegstromende water komt eerst langs de warmtewisselaar in de douchebak voordat het wegspelt door de afvoer. De douchepijp WTW is geschikt voor een douche op de eerste verdieping of hoger van een woning en wordt verticaal geplaatst om de afvoerpijp onder de douchebak. De leiding heeft een lengte van circa 2.20 meter en een doorsnede van 10cm. 1/2
1.3 Ventilatie
Ventilatie mogelijkheden
Er zijn verschillende mogelijkheden waarmee een woning kan worden geventileerd. Dit gaat van natuurlijke toe- en afvoer tot vraaggestuurde ventilatie middels sensoren. In deze paragrafen wordt kort stilgestaan bij de mogelijkheden.
Natuurlijke toe- en afvoer
De meest simpele manier van ventileren is de natuurlijke manier van ventileren. Echter voldoet deze manier van ventileren steeds minder door de verbeterende isolatiewaarden van een woning. Wanneer een woning geheel gesloten is, lees zeer goed geïsoleerd, voldoet een raam open zetten niet meer.
Natuurlijke toevoer en mechanische afvoer
Een veel voorkomende manier van ventileren is tegenwoordig natuurlijke toevoer en mechanische afzuiging. Bij deze manier van ventileren worden in de keuken, badkamer en toilet afzuigpunten geplaatst. De aanvoer van verse lucht wordt gerealiseerd middels kieren, luchtroosters en openslaande ramen.
Mechanische toevoer en natuurlijke afvoer
Deze variant van ventilatie is een vrijwel niet toegepaste manier van ventileren. Het is een voornamelijk theoretische mogelijkheid. Bij deze methode wordt verse lucht middels aanvoerpunten in “droge” ruimtes toegevoerd in de woning. Middels roosters in binnenwanden, binnendeuren of langs kieren onder de deuren zal een luchtstroom door de woning op gang komen.
Mechanische toe- en afvoer
Een installatie waarbij zowel de luchttoevoer als luchtafvoer mechanisch wordt geregeld wordt ook wel balansventilatie genoemd. Het grote voordeel van balansventilatie is dat de luchtverversing uiterst precies kan worden afgesteld. De aangevoerde lucht kan met een filter worden gezuiverd.
1
Milieu Centraal (z.d.). Ventilatie. “www.milieucentraal.nl”. URL bezocht op 9 januari 2011
Daarnaast heeft deze installatie als mogelijkheid om 95% van de warmte terug te winnen uit de afgevoerde ventilatielucht. Met deze warmte kan vervolgens “verse” lucht worden voorverwarmd. Hierdoor wordt dus energie bespaard wat goed is voor zowel het milieu als de portemonnee van de gebruiker.
Een balansventilatiesysteem moet voldoende onderhoud krijgen, omdat dit systeem anders gezondheidsproblemen kan veroorzaken door groei van bacteriën en schimmels in de luchtfilters.
Vraaggestuurde ventilatie
De nieuwste techniek op het gebied van ventilatie is vraaggestuurde ventilatie, ook wel “demand flow” ventilatie genoemd. Bij vraaggestuurde ventilatie wordt alleen geventileerd waar het ook echt nodig is. De installatie wordt aangestuurd middels sensoren die de CO2- concentratie in een ruimte meten. Indien de CO2-waarde boven een bepaald niveau stijgt geeft de sensor een melding naar de centrale computer, die automatisch de roosters openzet en de ventilatie aanzet om de vervuilde lucht af te voeren. Dit systeem zou ook de luchtvochtigheid in de badkamer kunnen meten met als resultaat dat de ventilator wordt aangestuurd als er gedoucht wordt.
Net als bij de balansventilatie kan ook de vraaggestuurde ventilatie worden gekoppeld aan een warmte terug winning installatie.
Warmte Terug Winning (WTW) op ventilatieleidingen
Zoals eerder behandeld kan er gebruik worden gemaakt van de aanwezige warmte in de “vervuilde” lucht bij balans en vraaggestuurde ventilatiesystemen. Een Warmte Terug Win unit (WTW) wordt gebruikt om warmte uit de afgevoerde lucht te halen en om de ingevoerde lucht van buiten op te warmen voordat het in huis verspreid wordt.
De werking van een Warmte Terug Win unit is heel simpel. De afgezogen warme lucht verwarmt een warmtewisselaar, ook wel kruisstroomwisselaars genoemd, die vervolgens de aangezogen koude buitenlucht verwarmt. De twee luchtstromen blijven in de warmtewisselaar van elkaar gescheiden.
De nieuwste warmtewisselaars halen een rendement tot wel 97%. Ofwel slechts 3% van de warmte in de afgevoerde ventilatielucht gaat verloren.1
1.4 Koeling
Vrije koeling is een energiezuinige vorm van koeling. In de zomerperiode wordt direct, zonder tussenkomst van een warmtepomp, de woning gekoeld met de koude uit een energieopslagsysteem. De koude kan worden geleverd vanuit een ondergrondse aquifer of door een bodemwarmtewisselaar.
Bij vrije koeling is alleen elektrische energie nodig om een pomp aan te drijven die de koelenergie beschikbaar maakt voor de verschillende ruimtes. Er zijn verschillende bronnen beschikbaar waarmee vrije koeling kan worden gerealiseerd, zoals verticale bodem warmtewisselaar, horizontale bodem warmtewisselaar, grondwater en oppervlaktewater. Voor de vrije koeling dient het leidingwerk dusdanig te zijn uitgevoerd dat het water uit de bron direct naar het afgiftesysteem gebracht kan worden zonder gebruik te maken van de warmtepomp. Er moet dus een bypassleiding worden aangebracht met daarop aangesloten een pomp om het water rond te pompen.
1.5 Overig
Zonneboiler
Een zonneboiler maakt gebruikt van de warmte die wordt geproduceerd door de zon. Deze warmte wordt opgevangen door de collector en overgedragen op een vloeistof die zich in een buizensysteem onder het oppervlak van de collector bevindt. De verwarmde vloeistof wordt vervolgens door het voorraadvat met water geleidt waardoor de warmte wordt overgedragen op het water. Dit voorverwarmde water kan vervolgens worden naverwarmd en naar de afgiftepunten worden geleid.
Over het algemeen bevat een zonneboiler, afhankelijk van de functie, een collector met een oppervlakte tussen de 2,8 m2 en de 5,7 m2. Daarnaast bestaat een systeem uit een voorraadvast, een naverwarmer, een pomp en het nodige leidingwerk.
Een belangrijk aandachtspunt bij de zonneboiler is het voorkomen van de legionella bacterie. Door wekelijks de temperatuur voor minimaal 20 minuten boven de 60 graden te brengen wordt deze bacterie gedood.1
PV-cellen
Zonnepanelen, ook wel PV-panelen genoemd, zetten zonne-energie om in elektriciteit. De zonnepanelen worden gemaakt van twee lagen silicium, waar onder invloed van licht een elektrische stroom gaat lopen. In de afgelopen jaren zijn er verschillende type PV-panelen op de markt gekomen. Er kan onderscheid worden gemaakt tussen drie verschillende soorten silicium zonnecellen:
Monokristallijn panelen,
Multikristallijn (Polycrystalline) panelen, Amorf silicium panelen.
Het verschil tussen de twee kristallijn panelen is de manier waarop de cellen worden gefabriceerd. De polycrystalline panelen hebben een lager rendement per vierkante meter dan de monocrystalline, maar zijn prijstechnisch iets goedkoper. De Amorf silicium panelen zijn nog goedkoper maar leveren daarbij ook minder elektriciteit.
In dit onderzoek zal gerekend worden met polycrystalline panelen van de Nederlandse fabrikant Scheuten Solar. In dit afstudeeronderzoek wordt er uitgegaan van het type Multisol P6-66 250. Dit is een paneel met een vermogen van 250Wp. Voor de panelen garandeert de